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碳纤维高速钻孔疑难问题及原因

日期:2014-09-19 16:31阅读次数:
    钻孔是碳纤维复合材料后加工工艺中的一个重要工序,但是碳纤维复合材料具有硬度大、强度大、导热性差、各向异性、层间强度低等特性。因此非常难加工,一些小的碳纤维厂家的加工报废率较高,无锡威盛碳纤维厂通过对碳纤维/环氧树脂基复合材料进行高速钻削的实验研究及分析,得出:
 
碳纤维板孔加工
(图示:碳纤维板孔加工)
 
  1、在整个高速钻削过程中,钻削力随着时间呈现规律性的变化。钻头开始钻入后,轴向力和扭矩均由零逐断增大,当钻头主切削刃全部参加切削时,轴向力和扭矩达到最大值,在钻头未钻出前一值保持这一稳定状态,钻头钻出过程开始后,底层材料对钻头的支撑刚性减小,因而产生让刀现象,轴向力和扭矩逐渐减小,直到钻头完全钻出,其值均变成零。实验观察发现,这一规律在各种钻削参教下都是一样的。
 
  2、钻削碳纤维/环氧复合材料时,不宜采用高速钢钻头,应使用硬质合金钻头。使用高速钢钻头的轴向力远大于使用硬质合金钻头,这是由于两种钻头不同的几何角度造成的。即使在相同的钻削参数下,两种刀具的磨损程度也有很大的区别。
 
  3、在进给量不变的条件下,钻头转速越高,钻削轴向力越小,这是因为较高的切削速度产生较多的切削热,使工件材料的强度和硬度下降;在转速不变的条件下,进给量越大,轴向力越大,且影响更为显著,这是由于随着进给量增加,切削层厚度增加,所以会使轴向力增加。
 
  4、在转速和进给量不变时,钻头已钻过的孔数越多,则钻削轴向力越大。且转速越高,刀具磨损越快,从而使得轴向力增大得越快。
 
  5、在转速和进给量不变的条件下,钻头直径越大,钻削力越大,因为随着钻头直径的增大,钻头切削刃切削面积增大,而切削面积是决定切削力大小最主要因素之一,切削面积增大会导致切削力增大,这与钻削普通金属材料轴向力变化规律是一致的。
 
  6、在其他各参数条件不变时,碳/环氧复合材料厚度越大,钻削轴向力越大。这是因为钻孔是在相对封闭的空间中进行,粉尘状切削排出困难,而且难度随着钻孔深度的增加而增加,大量的切削堵塞在孔的深处,大大增加了与钻头之间的摩擦力,因此轴向力增大,刀具磨损加剧。

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